Under de senaste tre decennierna, nästan 4, 000 planetliknande objekt har upptäckts som kretsar kring isolerade stjärnor utanför solsystemet (exoplaneter). Från och med 2011, det var möjligt att använda NASA:s rymdteleskop Kepler för att observera de första exoplaneterna i omloppsbana runt unga binära system av två levande stjärnor med väte som fortfarande brinner i deras kärna.

Brasilianska astronomer har nu hittat de första bevisen på existensen av en exoplanet som kretsar kring en äldre eller mer utvecklad binär där en av de två stjärnorna är död. Resultaten har precis publicerats i Astronomisk tidskrift , publicerad av American Astronomical Society (AAS).

Leonardo Andrade de Almeida, första författare till artikeln, sa, "Vi lyckades få ganska solida bevis för att det fanns en gigantisk exoplanet med en massa nästan 13 gånger Jupiters massa i ett utvecklat binärt system. Detta är den första bekräftelsen på en exoplanet i ett system av detta slag."

Almeida är för närvarande postdoktor vid Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN), efter att ha utfört postdoktoral forskning vid University of São Paulos Institute of Astronomy, Geofysik och atmosfäriska vetenskaper (IAG-USP), där han övervakades av professor Augusto Damineli, en medförfattare till studien.

Variationer i tidpunkten för förmörkelsen (den tid det tar för var och en av de två stjärnorna att förmörka den andra) och omloppsperioden ledde till att forskarna upptäckte exoplaneten i den utvecklade binären som kallas KIC 10544976, belägen i stjärnbilden Cygnus på norra himmelska halvklotet.

"Variationer i omloppsperioden för en binär är på grund av gravitationsattraktion mellan de tre objekten, som kretsar runt ett gemensamt masscentrum, sa Almeida.

Variationer i omloppsperioden är inte tillräckligt för att bevisa existensen av en planet när det gäller binärer, dock, eftersom binära stjärnors magnetiska aktivitet fluktuerar periodiskt, precis som solens magnetfält ändrar polaritet vart elfte år, med turbulens och antalet och storleken på solfläckar som toppar och sedan minskar.

"Variationer i solens magnetiska aktivitet orsakar så småningom en förändring i dess magnetfält. Detsamma gäller för alla isolerade stjärnor. I binärer, dessa variationer orsakar också en förändring i omloppsperioden på grund av vad vi kallar Applegate-mekanismen, " förklarade Almeida.

För att motbevisa hypotesen att variationer i omloppsperioden för KIC 10544976 endast berodde på magnetisk aktivitet, forskarna analyserade effekten av tidsförmörkelsevariation och den magnetiska aktivitetscykeln för binärens levande stjärna.

KIC 10544976 består av en vit dvärg, en död, stjärna med låg massa med hög yttemperatur, och en röd dvärg, en levande (magnetiskt aktiv) stjärna med en liten massa jämfört med solen och ringa ljusstyrka på grund av låg energiproduktion. De två stjärnorna övervakades av markbaserade teleskop mellan 2005 och 2017 och av Kepler mellan 2009 och 2013, producerar data minut för minut.

"Systemet är unikt, "Sade Almeida. "Inget liknande system har tillräckligt med data för att vi ska kunna beräkna omloppsperiodvariation och magnetcykelaktivitet för den levande stjärnan."

Med hjälp av Kepler-data, de kunde uppskatta den levande stjärnans (röda dvärg) magnetiska cykel baserat på hastigheten och energin för utbrott (stora utbrott av elektromagnetisk strålning) och variabilitet på grund av fläckar (områden med svalare yttemperatur och därmed mörker orsakade av olika koncentrationer av magnetfältsflöde).

Analys av data visade att den röda dvärgens magnetiska aktivitetscykel varade i 600 dagar, vilket överensstämmer med de magnetiska cykler som uppskattas för isolerade stjärnor med låg massa. Binärens omloppstid uppskattades till 17 år. "Detta motbevisar helt hypotesen att variationen i omloppsperioden beror på magnetisk aktivitet. Den mest troliga förklaringen är närvaron av en jätteplanet som kretsar kring binären, med en massa som är ungefär 13 gånger större än Jupiter, sa Almeida.

Formationshypoteser

Hur planeten som kretsar kring binären bildades är okänt. En hypotes är att den utvecklades samtidigt som de två stjärnorna för miljarder år sedan. Om så är fallet, det är en första generationens planet. En annan hypotes är att den bildades ur gasen som sprutades ut under den vita dvärgens död, gör det till en andra generationens planet.

Bekräftelse av dess status som antingen en första eller andra generationens planet och dess direkta upptäckt när den kretsar kring binären kunde erhållas med den nya generationen markbaserade teleskop med primärspeglar som överstiger 20 meter, inklusive Giant Magellan Telescope (GMT) installerat i Chiles Atacamaöken. GMT förväntas se första ljuset 2024.

"Vi undersöker 20 system där yttre kroppar kan visa gravitationseffekter, såsom KIC 10544976, och de flesta är bara observerbara från södra halvklotet. GMT kommer att göra det möjligt för oss att upptäcka dessa objekt direkt och få viktiga svar på bildandet och utvecklingen av dessa exotiska miljöer, samt möjligheten till liv där, sa Almeida.